RESCATE DE EDIFICIOS DAÑADOS POR SISMO

¿CÓMO PODEMOS HACERLOS SEGUROS PARA SUS HABITANTES?

Arq. César Carpio Utrilla

14

MEMORIAS 2008

CONGRESO NACIONAL

DE ADMINISTRACIÓN Y

TECNOLOGÍA PARA LA

ARQUITECTURA, INGENIERÍA

Y DISEÑO

191

CONGRESO NACIONAL DE ADMINISTRACIÓN Y TECNOLOGÍA PARA LA ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y DISEÑOC Y A D

RESCATE DE EDIFICIOS DAÑADOS POR SISMO

¿Cómo podemos hacerlos seguros para sus habitantes?

Arq. César Carpio Utrilla

INTRODUCCIÓN

En el mes de agosto del presente año, se dio la noticia del colapso de un edificio dañado por el sismo de 1985, afortunadamente, sin la pérdida de vidas humanas, haciendo también mención que 1600 edificios dañados por este fenómeno, continúan gravitando peligrosamente sobre la ciudad.

Podemos agregar también, que a la mayoría de ellos no se les ha proporcionado ninguna clase de apoyo o mantenimiento adecuado en el mismo período de tiempo, no obstante, muchos ¡continúan en servicio!

¿Qué puede hacerse para reducir el problema?

Primero determinemos la causa y los efectos: El eje volcánico transcontinental se localiza al centro de la República Mexicana, y paralela a él se localizan algunas de las ciudades y áreas de mayor concentración humana, ésta falla sumada al movimiento de las placas del Pacífico, mantienen a las construcciones en movimiento permanente (cuatrocientos micro temblores diarios), ocho a cincuenta sismos de alta intensidad y uno o dos terremotos por siglo; actividad que genera daños permanentes en muchas estructuras y, de no ser restauradas, podrán a futuro ser causa de graves pérdidas humanas y de bienes materiales. Por este motivo se hace necesario el conocimiento de cómo realizar los trabajos de reforzamiento de las estructuras afectadas, tanto teórica como prácticamente. Y segundo:

RESCATAR EDIFICIOS DAÑADOS POR SISMOA TRAVÉS DE UNA REESTRUCTURACIÓN ADECUADA

La degradación de los edificios y los intentos por protegerlos no han sido exclusivos del siglo XIX ni del XXI. Desde el siglo V se tiene noticia sobre los primeros esfuerzos por restaurar las construcciones antiguas.

Sin embargo, es hasta el Renacimiento cuando se comienzan a realizar estudios y análisis de los monumentos clásicos por medio de escritos, dibujos y relieves, y surge lo que se podría considerar como la primera conciencia de rescate o arqueológica; de este modo se retoma el interés por la conservación de los edificios de la antigüedad, fundamentado por la corriente del humanismo iniciado por poetas, filósofos, pintores, escultores y arquitectos. El descubrimiento en 1415, de los escritos de Vitrubio y de Alberti, fue de gran influencia en la valoración de la arquitectura clásica.

192

M E M O R I A S 2 0 0 8U A M - A Z C

Los arquitectos del renacimiento francés tenían una actitud más respetuosa, casi no utilizaban los edificios antiguos ni sus materiales. Paradójicamente, la atención demostrada por los arquitectos del renacimiento italiano a las obras de la antigüedad, no incluía la idea de conservar los edificios que servían de modelo e ideal para sus proyectos, eran vistos como objetos intocables y no como documentos de investigación futura.

Los mismos criterios continuaron hasta mediados del siglo XVIII, cuando se gestó una verdadera conciencia del valor artístico e histórico de los monumentos, y se comienza a plantear el tema de la restauración con una visión científica.

Los primeros planteamientos teóricos de la ciencia de restauración de monumentos arquitectónicos se expresaron en Francia e Inglaterra, y se realizaron de forma pragmática, intervenciones que respetaban tanto el valor histórico como el artístico.

De acuerdo al criterio de Viollet Le Duc, las estrategias de restauración son:

“Eliminar del edificio todas aquellas partes arquitectónicas o decorativas agregadas en épocas •posteriores, para reintegrarlo en su unidad original y a su pureza estilística”.“Cuando en un edificio existen lagunas generadas por derrumbes, inclusive en el que lo •faltante nunca se hubiera construido, se deberá reconstruir de tal manera de dejar al edificio completo, basándose en analogías con edificios contemporáneos”.

Desde este punto de vista se crearon nuevas propuestas, nuevas tesis y nuevos estudios a profundidad sobre el tema de la restauración de edificios, abriendo un nuevo campo en la investigación sobre la arquitectura lo que incluye métodos constructivos, materiales y valores simbólicos.

Principales Técnicas de Intervención con Concreto Armado.

Desde la década de los años ochenta, después de haber analizado distintos documentos, manuales de restauración y actas de congresos, se ha observado que en la mayoría de los criterios de intervención se continúa la preferencia por las múltiples opciones que el concreto armado ofrecía. En cambio, la utilización de materiales y técnicas tradicionales disminuyó en un alto porcentaje.

La mayoría de los criterios que se proponen para muros, arcos bóvedas, forjados y cubiertas se basan en el uso de este material para mejorar las condiciones de estabilidad.

Las principales técnicas de intervención aplicando el concreto armado han sido sobre:I).- MurosII).- Arcos y bóvedasIII).- CubiertasIV).- Forjados

193

CONGRESO NACIONAL DE ADMINISTRACIÓN Y TECNOLOGÍA PARA LA ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y DISEÑOC Y A D

Existen dos formas de intervenir en la solución de daños en construcciones antiguas:

Técnicas de reparación y consolidación.- se emplean los materiales y técnicas que se utilizaron en la construcción original, limitándose a reparar la lesión sin modificar el modo de trabajo, generalmente, actúan en daños locales.

Técnicas de reestructuración con refuerzos estructurales.- se modifica la estructura de los refuerzos de hormigón armado, de forma de aumentar su resistencia y capacidad de carga aún más allá de su resistencia original.

Evolución Sobre los Criterios de Restauración con Concreto Armado en Zonas Sísmicas.

Es interesante conocer la influencia y el papel que ha jugado la legislación y/o reglamentos de las construcciones históricas durante estos años en los contextos sísmicos.

Los técnicos de todo el mundo buscaron nuevas técnicas para reforzar las estructuras de los edificios, sobre todo históricos y evitar que sus construcciones continuaran dañándose por los inesperados terremotos.

Técnicas de intervención

Cosidos armados.- consistía en realizar perforaciones rotativas con un diámetro hasta 40 mm.; después se introducían las barras de hierro y se inyectaba a presión lechadas de cemento Pórtland o de resinas; de esta manera, se rellenaban los huecos y se mejoraban las propiedades de las edificaciones antiguas (consolidando las partes adyacentes). Su finalidad consistía en obtener una continuidad elástica específica, fundada en la adherencia y en la resistencia a tracción con la pasta. Al sistema de cosidos armados también le designaron retícula de concreto armado o perforaciones armadas.

A partir del siglo XX las principales técnicas de intervención han sido:

Sistema micropilotes en cimentaciones.

Perforaciones o cosidos armados en muros, pilares, bóvedas y arcos.

Inyecciones con cemento Pórtland y resinas en muros, pilares, bóvedas y arcos.

Estructura interior de concreto armado en columnas y arcos.

Encadenamientos o zunchos de concreto armado en muros y cubiertas.

Losas de concreto armado.

Refuerzos de elementos horizontales en los forjados de los claustros.

Reconstrucción de techos y bóvedas de concreto armado.

La reestructuración de edificios en México, aplicando por primera vez las nuevas tecnologías encabezadas por el concreto armado, se inició a finales de los años sesenta. Esta nueva teoría fue desarrollada por los arquitectos José Luís y Bernardo Calderón Cabrera. Dichos principios estaban fuertemente influidos por cuatro factores:

194

M E M O R I A S 2 0 0 8U A M - A Z C

La preocupación para rescatar el patrimonio del fuerte deterioro producido por los sismos, los asentamientos diferenciales, los hundimientos y la baja calidad de los materiales.

La idea de que la presencia de grietas demostraba un peligro de inestabilidad al sistema estructural de fábrica, que no soportaría mayores esfuerzos.

La influencia de los nuevos conocimientos sobre la estabilidad de las construcciones a través del cálculo matemático, basados en el hormigón armado y en el acero, y la necesidad de reforzarlos a través de estos materiales:

Antes que demoler las construcciones históricas era mejor transformarlas.

“Lo que no se destruye por vejez, incendio o sismo, se destruye por ignorancia” Alejandro Mangino Tazzer.

CUESTIONARIO BÁSICO AL REALIZAR UNA RESTAURACIÓN:Los puntos seguir son:

a) Ideal-pasado: usos

-estado antes de la intervención

-por que se decidió utilizar este sistema de refuerzo

-formulación de objetivos del estado ideal

-la teoría de intervención

-criterios utilizados

-comprensión del sistema constructivo original y el esquema de deterioros

-que se buscaba resolver al introducirle el concreto armado

b) Real-presente: efectos

-cómo se ha comportado la estructura restaurada

-se resolvió el problema original -qué interacción ha tenido lo nuevo con lo viejo

-aparecieron nuevos problemas o patologías

-ha tenido alguna intervención posterior o fase de mantenimiento

-en caso de zona sísmica, como se ha comportado el sistema estructural

-estimación de riesgos

-documentos cronológicos de las intervenciones e inspecciones

c) Lo que se espera-futuro: estrategias

-vulnerabilidad

-patrones de comportamiento

-expectativas de la técnica

-estrategias para un nuevo plan y mantenimiento

195

CONGRESO NACIONAL DE ADMINISTRACIÓN Y TECNOLOGÍA PARA LA ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y DISEÑOC Y A D

“La vida de un monumento, como la del hombre, es posible por un equilibrio de fuerzas; pero su resultado no sólo es el dinamismo y la renovación, sino la permanencia y la estabilidad. Acciones exteriores y reacciones interiores constituyen un sistema de equilibrio estático. Cuando fuera de este sistema, por causas ocasionales o continuas, aparece una fuerza extraña e imprevista, o existe en la materia incapacidad de reacción, se produce la alteración del equilibrio normal, la ruina y, al fin, la muerte del monumento”.

Modesto López Otero.

Ahora bien, tanto algunos monumentos históricos como muchos del resto de los demás edificios que existen en nuestras ciudades, siguen en servicio aún estando dañados por los sismos, en condiciones de riesgo (no todos) para los usuarios del inmueble, por lo que requieren que se les determine el grado de daños y el riesgo en el que subsisten, y, posteriormente, realizar los trabajos de restauración y de reestructuración a que sean candidatos, para su uso sin riesgo evidente.

Reparación y refuerzo de estructuras

Algunas estructuras dañadas y aquéllas que van a ser remodeladas o cuyo uso va a cambiarse, presentan a menudo el problema de decidir sobre los niveles adecuados de seguridad y de cumplir con los reglamentos de construcción en uso. Estos problemas deben enfocarse teniendo en cuenta que el objetivo de diseño de los mismos, es optimizarlos en su utilidad para la sociedad.

NO OLVIDANDO EN PRINCIPIO, QUE NO ES POSIBLE REPARAR A TODOS LOS EDIFICIOS DAÑADOS, POR DIVERSAS CAUSAS, PRESENTAMOS AQUÍ ALGUNOS EJEMPLOS DE EDIFICIOS AFECTADOS POR SISMOS:

Las altas columnas de la de planta baja contribuyeron en el daño de este edificio con piso débil. Hotel Carrillo, terremoto 1925 en Santa Bárbara, California. Colapso de un ala del edificio Palace Corvin de 10 pisos, durante el terremoto de 1967 en Caracas, Venezuela. (El ala que no colapsó tenía suficientes muros divisorios de carga en la planta baja).

Edificio de 10 niveles en el centro de la ciudad de México, presenta colapso parcial debido a la combinación de varios factores:

196

M E M O R I A S 2 0 0 8U A M - A Z C

Edificación con entrepisos de losas nervadas, orientadas en un solo sentido, sin presencia de trabes o nervaduras principales con capiteles, en función a su uso, ya que se trata de una fábrica de confección de ropa, con equipos y almacenamiento de telas en niveles superiores, además de la existencia de una bodega sobre azotea, bajo una estructura y cubierta metálicas no autorizadas por reglamento.

Las columnas periféricas tienen menos carga gravitacional, pero los momentos sísmicos son mayores, no considerar estos momentos provoca la pérdida total del inmueble El edificio gemelo, localizado en Av. San Antonio Abad, frente a la estación del mismo nombre ya presentaba daños de cortante en la unión de columnas a losa durante el sismo del 28 de agosto de 1973, evento que me tocó presenciar desde el interior del edificio, rentado durante esa época por una Dirección del Departamento del Distrito Federal, tiempo después, al ser desocupado, el edificio quedó vacío hasta la fecha del sismo y por el que se colapsó.

Una de las torres de Pino Suárez al entrar en resonancia colapsó, y a la derecha, uno de los multifamiliares de la U. H. B. Juárez, dañado por el sismo. Ambos edificios construidos de acuerdo a las normas y reglamentos vigentes en el D.F.

197

CONGRESO NACIONAL DE ADMINISTRACIÓN Y TECNOLOGÍA PARA LA ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y DISEÑOC Y A D

Soluciones para edificios diseñados por sismo para oficinas de baja altura

Muros de cortante, marcos, combinaciones. �Localización cuidadosa de los muros de cortante o contravientos para no limitar la libertad de �distribución de la planta.Usar marcos perimetrales sin embargo el uso de ventanas aisladas puede aun permitir el �empleo de muros de cortante perimetrales, especialmente de concreto precolados.

Para oficinas de mediana y gran altura

Estructuras de marcos perimetrales, comprobar si hay una columna débil, viga fuerte. �Los núcleos se deben situar simétricamente y los muros deben tener el ancho suficiente para �actuar como vigas verticales en voladizo sin riesgo de fuerzas de volteo altas.

RESIDENCIAL, MULTIFAMILIAR DE BAJA ALTURA-SOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO.

Tener cuidado de equilibrar la resistencia en todas direcciones y asegurarse de que todos los •muros de cortante no se debiliten por aberturas excesivas para puertas y ventanas.En edificios grandes, separar en forma sencilla. En edificios pequeños ajustar la configuración •para proporcionar tantos miembros continuos como sea posible.Muros o contrafuertes exteriores.•

RESIDENCIAL DE GRAN ALTURA-SOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO.

Si las alas son largas y tienen relación de aspecto alta, subdividir mediante juntas sísmicas. •Revisar aberturas y longitud superficie para cada muro de cortante. •Revisar la localización y continuidad sobre toda la vertical, Todos los muros de cortante se •deben prolongar hasta la cimentación. Usar muros de cortante en el corredor para equilibrar la resistencia de los muros divisorios. Se pueden diseñar muros de cortante perimetrales si se cuida el tamaño y localización de •las aberturas, comprobar que la longitud y las proporciones de los muros de cortante sean adecuadas. Comprobar las proporciones del muro de cortante respecto a volcamiento. •

Posible uso de grandes marcos de transferencia creando espacios en que se puede colocar el •equipo mecánico.Uso de marcos o armaduras de transferencia. Es mejor que la estructura del estacionamiento •se construya a un costado de los niveles más bajos para que no tenga influencia sobre la estructuración del edificio.

198

M E M O R I A S 2 0 0 8U A M - A Z C

INSTALACIONES MÉDICAS DE BAJA ALTURASOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO.

Muros de cortante, marcos y combinaciones.•La estructura de marcos resistentes a momento es ideal para proporcionar máxima adaptabilidad •de la planta, pero deben comprobarse los límites del desplazamiento lateral. Los muros de cortante deben ser continuos.Diseñar el edificio en función de la rigidez y de los límites bajos del espaciamiento.•Detallado cuidadoso de la relación entre equipos y servicios con la estructura del edificio. •Revisar posibilidad de volcamiento.

INSTALACIONES MÉDICAS DE MEDIANA Y GRAN ALTURASOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO

Subdividir mediante juntas sísmicas. •Cuidadosa planeación de relaciones entre muros cortantes, contraventeos y circulación. •Localización cuidados de muros de cortantes y contraventeos para permitir el funcionamiento •de la distribución de la planta. Diseñar estructura rígida para limitar el desplazamiento lateral se logra mejor mediante •muros de cortante o marcos. Los marcos rellenos pueden ser muy eficaces para limitar el desplazamiento lateral de los pisos.

EDUCACIONAL DE BAJA ALTURASOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO

Necesidad de Adaptabilidad.•Gran Variedad de configuraciones de conjunto: almacenes, compartimientos, lugares de •reunión.Perímetro no uniforme generalmente escasa necesidad de aberturas.•Los edificios pueden tener grandes elevaciones con relaciones de aspecto grandes.•

EDUCACIONAL DE GRAN ALTURASOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO

Pueden necesitarse muros de cortante o marcos interiores situarlos en los servicios sanitarios, •núcleos etc.Comprobar la continuidad de la estructuración. Los muros de cortante deben ser contiguos: •modificar la planta para lograrlo.Ideal para muros de cortante o contraventeos perimetrales.•Modificar la distribución de la planta y las configuraciones para reducir discontinuidades.•Revisar posible discontinuidad, torsión etc.•

COMERCIAL DE BAJA ALTURASOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO

Uso de marcos; si se necesitan muros de cortante interiores situarlos al rededor de elementos •fijos como escaleras, servicios, etc.

199

CONGRESO NACIONAL DE ADMINISTRACIÓN Y TECNOLOGÍA PARA LA ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y DISEÑOC Y A D

Relación cuidadosa entre el diseño de escalera y la estructura de conjunto. Puede ser mejor •separar la estructura de la escalera de la estructura principal. Muros de cortante perimetrales o estructuras de marco. •Asegúrese de que las aberturas no uniformes no provoquen concentraciones de esfuerzos o •zonas débilesEquilibrar residencia y rigidez perimetrales•

INDUSTRIAL DE UN SOLO PISOSOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO

Usar marcos con muros de cortante o contravientos perimetrales. La utilización del edificio •puede requerir marcos resistentes a momento para evitar obstrucciones.Revisar fuerzas de diafragma; en estructuras muy grandes subdividir mediante juntas sísmicas•Si hay muros de cortante perimetrales, revisar las fuerzas en las aberturas. Si el edificio es muy •grande o se prevé expansión usar marcos.

ESTACIÓN DE BOMBEROS MANTENIMIENTO DE VEHÍCULOSSOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO

Equilibrar resistencia y rigidez perimetrales.•Diseñar la abertura con un marco fuerte para reducir al mínimo la distorsión y la •deformación.Redistribuir la planta para eliminar esta condición. Si esto no es factible mantener el peso •adicional tan ligero como sea posible y revisar con cuidado el diseño.

BIBLIOTECA DE MEDIANA A GRAN ALTURA CON ESTANTERÍA INTEGRADA.SOLUCIONES DE DISEÑO SÍSMICO

Muros de cortante marcos combinaciones.•Uso de marcos Revisar cuidadosamente la continuidad de la estructura y modificar la planta •si es necesario.Revisión cuidadosa para eliminar la discontinuidad de la estructura.•Análisis cuidadoso y simulación de las condiciones dinámicas a lo largo de la vida del •edificio.Marcos resistentes a momento y suficiente contraventeo alrededor del perímetro.•Revisión cuidadosa para equilibrar el sistema perimetral.•

NUEVAS ORIENTACIONES

Patología estructural:

Estudio del comportamiento de las estructuras cuando presentan evidencias de fallas, buscando detectar sus causas (diagnóstico) y proponer acciones correctivas (terapéutica) o su demolición.

Reparación estructural:

Medidas correctivas para recobrar el nivel de servicio original o mejorar el comportamiento de las estructuras que presentan evidencia de fallas.

200

M E M O R I A S 2 0 0 8U A M - A Z C

Un procedimiento:

Identificación de daños:

En el caso de la ciudad de México y zona conurbana, será conveniente adicionar una norma que permita hacer obligatoria la inspección de los edificios inventariados como dañados, cada cinco años, un año y/o seis meses, según el grado de los daños.

En el caso de estructuras dañadas, el estudio de evaluación iniciará con la identificación detallada de los daños por medio de una inspección in-situ. Cuando no se observe ningún daño estructural, la inspección será suficiente para considerar intacta la capacidad original de la estructura. O si se detectan daños que puedan poner en riesgo la estabilidad de la estructura, deberá controlarse el acceso a la misma y procederse a su rehabilitación temporal en tanto se termina el estudio de evaluación y se determina el grado de riesgo.

En aquellos casos en el que los daños hagan inminente el derrumbe, con riesgo para las construcciones o vías de comunicación vecinas, será necesario proceder a la demolición.

Determinar la capacidad resistente:

La evaluación de la seguridad estructural de una edificación requerirá determinar su capacidad resistente. Dicha capacidad podrá determinarse mediante los métodos del análisis elástico convencional, y estará definida por el nivel de acciones con el cual la estructura o su cimentación alcanza un primer estado límite de falla o de servicio. En estructuras con daños, no deberá considerarse la participación de los elementos afectados. En edificaciones inclinadas, deberá incluirse en el análisis el efecto de desplome La dimensión de esta ventana localizada sobre un muro de mampostería en planta alta que por su naturaleza no cuenta con refuerzos de concreto armado por ejemplo, ocasionó que el esfuerzo cortante diagonal dejara impreso su paso por la fachada, desde la esquina de la pilastra hasta la esquina contraria, desprendiendo parte de la cornisa y molduras, que tendrán que ser reparadas junto con la cubierta. (imagen superior de la página 201) Debe realizarse la inspección y evaluación detalladas:

Reporte detallado de cada daño, que incluya su ubicación, dimensiones, descripción y magnitud.

Verificación de medidas, niveles, desplomes y asentamientos.

Recopilación de información histórica: planos, cálculos, estudios de suelos, bitácora de construcción, reportes de control de calidad, registro de modificaciones.

Verificación de la información.

201

CONGRESO NACIONAL DE ADMINISTRACIÓN Y TECNOLOGÍA PARA LA ARQUITECTURA, INGENIERÍA Y DISEÑOC Y A D

Evaluación de daños con sus causas y posibles soluciones. Contar con el equipo para la evaluación de los materiales

Concreto: Esclerómetro �Extracción de Núcleos �Ultrasonido �Indicadores de Grietas �Acero: Pachómetro �Extracción y prueba de barras �

Determinar los criterios para la evaluación de estructuras de concreto:

Análisis de grietas �Inspección del estado de los elementos �Inspección del estado de puntos estructuralmente importantes �Inspección de la corrosión del acero de refuerzo �Investigación de efectos químicos �Revisión de los recubrimientos �Análisis estructural antes del daño �Análisis de detalles de estructuración �(distribución de estados de rigidez, columnas cortas, asimetrías, conexiones, juntas de dilatación y evidencias de remodelaciones) Revisión de reglamentos vigentes �Planteamiento y evaluación de �alternativas de reparación